薄壁筒体内安装槽在数控立式车床上的加工策略

薄壁筒体内安装槽在数控立式车床上的加工策略

薛振庆王德伟张立文

中车大连机车车辆有限公司转向架分厂       辽宁 大连      116000

摘 要：数控立式车床因其高效、精度高而备受关注，然而，对于薄壁、细长轴等代表性复杂零件，在数控机床中往往存在着零件容易变形、尺寸和表面质量难以控制的问题。在此基础上，作者结合自己的加工实践，以薄壁筒型构件为对象，针对筒长型、刚性差、易变形等特点，提出了一种特殊的支承和工装，并进行了加工方案的柔性编程，从而有效地解决了振动刀具和内槽的加工难题，保证了产品的加工质量满足图纸的需要，为更好地加工薄壁件的加工提供了一种好的途径和参考。

关键词：数控立式车床；薄壁筒体；安装槽；加工

筒体这一类型的工件，通常是在立车机的切削区域内进行，其壁薄、刚性差，其直径约700—800毫米，高度约1000毫米，内外圆都要进行切削。这类零件的切削过程中，存在着装夹困难，易产生变形，振动等问题，对工件的表面质量有很大的影响。以一个薄壁筒形零件（如图1所示）为实例，说明了该系列零件的总长度、内腔的数量及内腔的大小都是不一样的，材料都是钢铁材料。

图1薄壁桶类零件

1.零件的主要加工难点分析

由图1可以看出，此件的最大困难为φ87 mm。该产品的镗孔深度175 mm，最薄的地方只有1.5毫米，工件的硬度低，容易产生形变，排屑难度大，加工精度不高。另外，由于Φ87 mm的孔与前、后连接孔之间的直径偏差是11—15毫米，并且在两端还有R10mm和R15mm的圆弧，所以不能用普通的镗孔工具来完成，但是，若采用开槽刀具，则会在切削力的影响下产生很大的变形，从而影响产品的品质。为了解决这一难题，专门研制了一种特殊的切削工具。

2.加工工艺

在对该工件的构造和制造困难进行了研究后，决定了如下的加工方法：

（1）采用水平车削外圆，开455毫米的贯通孔，并将端面车削成两个端面，以确保其与主轴的平行。

（2）采用数车法进行内部型面的加工。

（3）数车精加工：利用G71命令，利用两种特殊的工具，从中心到两边进行精车内型和轮廓的精加工，从而确保了φ87 mm的孔以及R10mm、R15mm的两边的圆边。

（4）夹持方式：采用软三爪和槽套卡紧外圆，对右侧台阶孔、阶梯轴和内孔进行切削，从而提高了工件的过程刚度；使用扇头两个顶片进行外圆周的加工。

（5）冷却方式：采用极压车削液，利用刀具上的散热孔和刀具内部的散热装置，从左、右两侧对着工件进行冷却，将主轴散热孔与工件内孔对齐，将刀具吸嘴与刀头对齐，实现被处理区域的完全散热。

此外，为解决工件排屑难度大的问题，在对φ87 mm的钻孔进行切削时，必须进行一段时间的停顿，以便清除残留的碎屑，避免工件受到损伤，从而达到对刀具尖端的保护。

3.加工刀具及工艺参数的选择

3.1加工刀具的选择

根据工件的特性，选择A25R-MCLNR12刀柄组、CCMT120404CP200系列，阶梯轴组选用MCLNR2020K12、CN-MG120404CP200系列，对于φ57 mm的孔，采用A25T-SCFCR12刀杆、CCMT120404CP200刀片，φ87 mm内孔则采用自制专用刀具进行加工。

3.2专用刀具的设计 

其中，φ87 mm是制造中的一大难题，其加工工具的设计对确保工件的质量至关重要。本文介绍了一种特殊的刀具结构，它包括刀杆、刀头、刀片及固定螺丝。其中，刀柄对加工系统的刚度有很大的影响，建议选择45钢调质到25-28 HRC，刀柄直径40毫米，增加刀具刚度，把表面粗糙度加工到 R=0.2微米，从而提高了夹紧精度。刀头采用6毫米×6毫米45钢制作，前端焊有YT15级刀片，以改善切割效果。该刀头通过一固定螺丝固定于刀柄侧面的方形凹槽中。

3.3刀具几何参数和切削参数的选择 

由于工件及刀具本身的刚度不足，导致刀具在加工过程中容易发生振动。因此，为了降低径向切割力，必须依据切割工况进行刀具几何参数的设计，并将断屑槽加工成直线状，以确保断屑效果。在完成了工具的设计之后，还做了3个加工实验，通过实验来检验工具的几何和切削用量。最后，得到刀具的几何和切削参数。详见表1所示。

表2刀具几何参数和切削参数

4.顶紧工装与加工程序编制

该工件的轴头两端压边图纸上需要倒角，倒角后只剩下1.6mm，一般的办法是不能实现夹装的。在内、外圆加工过程中，为防止振动，底部采用4个加大的夹钳进行夹持；由于上装螺钉头和外圆周面采用5毫米厚的隔热片（能有效地防止谐振），所以螺钉受力适度，以防止顶压变形。在切削过程中，如果出现振动，则继续调节速度；在外圆周面的加工中，使用了十字形支架对内圈的上端进行支承，能有效地削弱振刃。按粗车端面→外圆→内圆→掉头粗车外圆卡爪位→车总长→精车内圈→粗精内圆槽→端部倒角（去掉支撑架，内圆上装十字支撑）→剩余卡爪位→调头精车外圆剩余部位及两个倒角。部件高度，内孔的切削，需要在工件的外圆4上增加一个直径支承。根据一组零件的内部圆槽数和槽深的改变，采用相关的工艺设计工艺参数，实现对各种尺寸的零部件的修改，操作简便。在程序编制方面，可以选择Siemens828D软件来完成。

结束语：

综上所述，按照上述技术方案，可以在安全生产的基础上能满足生产需求，还能加深有关工作人员对金属切割机理和刀具设计的理解。目前该工艺已经被实践证明是可行的，并且已经在生产中得到了广泛的使用，可以为今后同类产品的加工提供参考。

参考文献

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[2]李全才,吴昊川,王兴标.在立式车床上加工大直径薄壁型辊筒内壁的工装设计[J].现代制造, 2022(06):32-35.

[3]方玉云,王耀武,金勇,等.变深槽在数控镗铣床上的加工[J].国防制造技术, 2021(01):43-45.